Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
PROBLEMAS*
Termodinámica
1-1C ¿Por qué un ciclista acelera al ir pendiente abajo, aun
cuando no esté pedaleando? ¿Viola eso el principio de la conservación
de la energía?
1-2C Una de las cosas más divertidas que puede experimentar
una persona es que en ciertas partes del mundo, un automóvil
inmóvil, al ponerlo en punto muerto, sube por una pendiente
cuando quita el freno. Esos sucesos hasta se difunden
por TV. ¿Puede realmente suceder eso, o es alguna ilusión
óptica? ¿Cómo se puede verificar si la carretera realmente es
de subida o de bajada?
1-3C Un oficinista dice que una taza de café frío en su escritorio
se calentó hasta 80 °C, al tomar energía del aire que lo
rodea, que está a 25 °C. ¿Hay algo de verdad en su aseveración?
¿Viola ese proceso alguna de las leyes de la termodinámica?
Masa, fuerza y unidades
1-4C En un artículo periodístico se afirma que una máquina
de turboventilador con engranes produce 15000 libras de
empuje para impulsar hacia adelante la aeronave. ¿La “libra”
que se menciona aquí es lbm o lbf? Explique.
1-5C Explique por qué la dimensión del año-luz es longitud.
1-6C ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre un automóvil
que va a la velocidad constante de 70 km/h a) en un camino
horizontal y b) en un camino de subida?
1-7E Un hombre pesa 210 lbf en un lugar donde g 32.10
pies/s 2 . Determine su peso en la Luna, donde g 5.47 pies/s 2 .
Respuesta: 35.8 lbf
1-8 Determine la masa y el peso del aire contenido en un
recinto cuyas dimensiones son 6 m 6 m 8 m. Suponga que la
densidad del aire es 1.16 kg/m 3 . Respuestas: 334.1 kg, 3.277 N
1-9 A 45° de latitud, la aceleración gravitacional en función
de la altura z sobre el nivel del mar es g = a bz, donde
a 9.807 m/s 2 y b 3.32 10 –6 s –2 . Determine la altura
sobre el nivel del mar donde el peso de un objeto disminuya
en 0.5 por ciento. Respuesta: 14.770 m
1-10 ¿Cuál es el peso, en N, de un objeto con una masa de
200 kg, en una ubicación en la que g = 9.6 m/s 2 ?
1-11E El calor específico a presión constante del aire a 25 °C
es 1.005 kJ/kg · °C. Exprese este valor en kJ/kg · K, J/g · °C,
kcal/kg · °C y Btu/lbm · °F.
1-12 Una piedra de 3 kg es lanzada hacia arriba con
200 N de fuerza, en un lugar donde la aceleración
gravitacional local es 9.79 m/s 2 . Determine la aceleración de
la piedra, en m/s 2 .
* Los problemas marcados con “C” son preguntas de concepto, y se
exhorta a los estudiantes a contestarlas todas. Los problemas
marcados con una “E” están en unidades inglesas, y quienes
utilizan unidades SI pueden ignorarlos. Los problemas con un ícono
son de comprensión y se recomienda emplear un software como
EES para resolverlos.
1-13 Resuelva el problema 1-12 con EES u otro programa.
Imprima la solución completa, incluyendo
los resultados numéricos con sus unidades correctas.
1-14 Mientras resuelve un problema, una persona termina
con la ecuación E = 25 kJ + 7 kJ/kg en cierta etapa. Aquí, E
es la energía total, y tiene la unidad de kilojoules. Determine
cómo corregir el error, y explique lo que puede haberlo causado.
1-15 Una resistencia de calentamiento de 4 kW en un calentador
de agua trabaja durante dos horas para elevar la temperatura
del agua al nivel deseado. Determine la cantidad de
energía eléctrica que se usa, tanto en kWh como en kJ.
1-16 El tanque de gasolina de un automóvil se llena con una
boquilla que descarga gasolina a caudal constante. Con base
en consideraciones de unidades de cantidades, obtenga una
relación para el tiempo de llenado en términos del volumen
V del tanque (en L), y el caudal de descarga de gasolina . V
(en L/s).
1-17 Un estanque de volumen V (en m 3 ), se va a llenar
de agua, usando una manguera de diámetro D (en m). Si la
velocidad promedio de descarga es V (en m/s) y el tiempo de
llenado es t (en s), obtenga una relación para el volumen del
estanque basada en consideraciones de unidades de las cantidades
que intervienen.
1-18 Con base en consideraciones de unidades solamente,
demuestre que la potencia necesaria para acelerar un automóvil
de masa m (en kg) desde el reposo hasta la velocidad V
(en m/s) en el intervalo de tiempo t (en s) es proporcional a la
masa y el cuadrado de la velocidad del automóvil e inversamente
proporcional al intervalo de tiempo.
Sistemas, propiedades, estado y procesos
1-19C Se le solicita a usted hacer el análisis metabólico (de
energía) de una persona. ¿Cómo definiría usted el sistema para
estos fines? ¿Qué tipo de sistema es?
1-20C Está usted tratando de comprender cómo funciona un
compresor alternativo (de cilindro-émbolo) de aire. ¿Qué sistema
usaría usted? ¿Qué tipo de sistema es?
1-21C ¿Cómo podría usted definir un sistema para estudiar
el agotamiento de ozono en las capas superiores de la atmósfera
terrestre?
1-22C ¿Cuál es la diferencia entre propiedades intensivas y
extensivas?
1-23C ¿El peso de un sistema es una propiedad extensiva o
intensiva?
1-24C El volumen específico molar de un sistema V – se
define como la relación del volumen del sistema con respecto
al número de moles de una sustancia contenidos en el sistema.
¿Ésta es una propiedad extensiva o intensiva?
1-25C Para que un sistema esté en equilibrio termodinámico
¿deben ser iguales la presión y la temperatura en todos sus
puntos?